JPH04171723A - 多層レジストドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造工程等における多層レジス
トのトライエツチング方法に係わる。

〔発明の概要〕

本発明は多層レジストドライエツチング方法に係わり、
少なくとも下地材料層上に形成された下層有機レジスト
層を有する多層レジストの、下層有機レジスト層を選択
的にエツチングするドライエツチング方法において、エ
ツチングガスとして少なくとも０゜ガスと、Ｃ，ｌ系ま
たはＢｒ系のハロゲンガスと、この０２ガスの解離を促
進するガスとを含むガスを用いることによって、高ガス
圧下におけるエツチング異方性の向上及びエツチング速
度の高速化をはかる。

また本発明は、上述の多層レジストドライエツチング方
法において、０□ガスの解離を促進するガスに、ＮＨ３
，ＮＺ、ＩＩ□、Ｎ２０．Ｎ２０のうち一種または複数
種組み合わせたガスを用いるごとによって、高ガス圧下
におけるエツチング異方性の向」二及びエツチング速度
の高速化をはかる。

〔従来の技術〕

多層レジストｌ’ライエンチング方法は、半導体装置等
の製造工程において、例えば基板上に下層の配線層を形
成した後、この下層の配線層により生じた段差部上に微
細な例えば０．３５μｍピッチ程度の上層の配線層のパ
ターンを形成する方法において適用せざるを得ない方向
にある。

この多層レジストドライエツチング方法については月刊
ｒｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ　Ｊ　１９
８７年１１月号１０１頁〜１０６頁の記事に詳細が説明
されているが、この方法によるパターニングの一例を第
２図Ａ〜Ｄの製造工程図を参照して説明する。

先ず第２図Ａに示すように、Ｓｉ半導体等より成る基体
（１）上に例えば図示しないがゲート電極、ソース／ト
レイン領域等のトランジスタ等を形成した後、Ａ１等よ
り成る配線層を例えば複数層積層して形成し、更に上面
が段差を有して成るこれら下地利料層（２）上を覆って
全面的に、下層有機レジスト層（３）を被着する。この
とき、レジスト層（３）の−１−面が平坦化されるよう
に、しかも半導体基体（１）十の全ての場所において後
述する工ｙ　’Ｊ−ング工程に耐えられる程度の厚さに
被着形成する。

次に第２図Ｂに示すように、この下層有機レジスト層（
３）上に全面的に例えば回転塗布ガラスいわゆる５ＯＧ
（ｓｐｉｎ　ｏｎ　ｇｌａｓｓ）より成る中間層（４）
を塗布し、更にこの」二に止較的薄くフォトレジスト等
の上層レジスト層（５）を被着形成する。

次に第２図Ｃに示すように、上層レンスト層（５）に対
するパターン露光を行い、現像してパターニングした後
、この」二層レジスト層（５）をマスクとして中間層（
４）に対してＩＩＩＥ（反応性・イオンエツチング）等
の異方性エツチングを行ゲζバターニングを行う。この
とき上層レジスト層（５）はその厚さを小として、充分
そのパターン露光が異方性をもってなされるようにする
ことができ、これにより明確なパターンのマスク層が得
られ、中間層（４）のパターニングも、その厚さを小と
することによ−、て垂直方向のみに工・ノチングされた
精確なパターンエツチングを行うことができる。

そして第２図りに示すように、この中間層（４）をマス
クとして下層有機レジスト層（３）に対して、０□を用
いた旧Ｅによって異方性エツチングを行い、目的とする
被エンチング層即ち下地材料層（２）に対するマスク層
を形成する。このとき上層レジスト層（５）は自然にエ
ツチングされて消滅する。

そして図示しないが、この下層有機レジスト層（３）よ
り成るマスク層をマスクとして下地材料層（２）をＲＩ
Ｅ等の異方性エツチングによりパターニングして、目的
とする例えば配線パターンを得ることができる。

ところが、上述したように下層有機レジスト層（３）に
対するエツチングとしでは０２ガスによるＲＴＥが一般
に用いられているが、このＯ，ガスによるエツチングは
その異方性加工を高速で、且つ制御性良く行うことは難
しい。すなわち、高速化を目指しで高ガス圧下とし、ラ
ジカル０１′を増加させてラジカル反応を主体とすると
、マスク層の下部に０″が入り込んでアンダーカット即
ち基部側がエツチングされて四部杖となり、異方性が低
下してしまう。一方、異方性加工の向上をはかるために
低ガス圧・高電圧下での０゛イオンのスパッタリングに
よる物理的エツチングを主体とすると、高速化が困Ｎ番
こなることと、下地材料層（２）等のスパンタ物がエン
チングしたレジス１−層（３）の側壁に（＝Ｊ着して、
これがレジスト？、１１離を阻害して、半導体装置内に
残留するという問題が生じる場合がある。

このため、このような問題を生じさせない高速化及び異
方性の向上が望まれていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上述した多層レジストに対する０２ガスを用
いたＲＩＥ等のドライエンチングにおいて、高速化及び
異方性加工の向上をはかる方法を提供するものである。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明は、第１図Ａ−Ｅにその一例の製造工程図を示す
ように、少なくとも下地材料層上（２）に形成された下
層有機レジスト層（３）を有する多層レジストの、下層
有機レジスト層（３）を選択的にエツチングするドライ
エツチング方法において、エツチングガスとして少なく
とも０□ガスとＣｌ系またはＢｒ系のハロゲンガスと、
この０２ガスの解離を促進するガスとを含むガスを含む
ガスを用いる。

また本発明は、上述の多層レジストドライエツチング方
法において、０□ガスの解離を促進するガスに、Ｎ１１
３．ＮＺ、Ｈ２，Ｎ２０，８２０のうち一種または複数
種組み合わせたガスを用いる。

〔作用〕

上述したように、本発明多層レジストドライエツチング
方法では、０２ガスに加えてＣｌ系またはＢｒ系のハロ
ゲンガスを混入するものであるが、このようにハロゲン
ガスを用いることによって、Ｃｌ系またはＢｒ系ガスと
有機レジスト層（３）との反応生成物ＣＣ１ｘやＣＢｒ
＊が、第１図りに示すように、下層有機レジスト層（３
）の側壁に形成されて、この側壁保護膜（６）の形成と
、ラジカル０”による側壁へのエンチングとが同時に進
行することから、下層有機レジスト層（３）の側壁の侵
食が抑制されてエツチングされ、エツチングマスク層の
パターンを踏襲した異方性をもっでエツチングを行うこ
とができることとなる。

従って、前述したように高速化をはかるために高ガス圧
下でＯ′１によるエツチングを主体としても、異方性を
充分保持することができ、高速性、異方性共に良好な多
層レジストエンチング方法を得ることができる。

またこのとき、０２ガスの解離を促進するガスを加えて
混入することにより、有機レジスト層（３）と０□との
反応生成物ＣＯ，を再分解し、０”の発生を促進するこ
とができ、より高速化をはかることができる。更に、Ｒ
ＩＢ等におけるバイアス電圧の低減化をはかることがで
き、これによって下地材料層（２）のスパッタリングを
抑制することができるため、材料層（２）のレジスト（
３）側壁への付着を低減化することが可能となる。

従って、このような不純物の付着によるレジスト除去工
程でのレジスト残留を回避することができる。

〔実施例〕

以下、第１図Ａ−Ｅを参照して本発明多層レジストドラ
イエツチング方法の各側を詳細に説明する。

この場合、例えばＳｉ半導体等の基体（１）上に、ゲー
ト、ソース／ドレイン等のトランジスタ等を形成した後
、この上に多層配線層を形成する場合で、先ず第１図Ａ
に示すように、基体（１）上に所要のゲート電極等を形
成した後、例えば５ｉ０２等の絶縁層（２１）を介して
下層配線層（２２）を被着した後フォトリソグラフィ等
の適用によってバターニングし、この上に全面的にＳｉ
Ｏ□等の絶縁層（２３）を形成し、更にこの絶縁層（２
３）上に、パターニングすべき配線層の材料のＡＩ等よ
り成り、爾後形成するレジスト層（３）の下地となる下
地材料層（２）をスパッタリング等によって被着形成す
る。この下地材料層（２）の上面には、例えば下層配線
層（２２）の存在によって段差即ち凹凸面が形成されて
いる。

次に、第１図Ｂに示すように、この下地材料層（２）上
を覆って全面的に下層有機レジスト層（３）として例え
ばノボラック樹脂系のポジレジストを厚く塗布して平坦
化した後、中間層（４）としてＳＯＧを回転塗布し、更
にフォトレジスト等より成る上層レジスト層（５）を比
較的厚ざを小として塗布する。

その後第１図Ｃに示すように、上層レジスト層（５）に
対してエキシマレーザステッパー等によってパターン露
光した後、この上層レジスト層（５）をエツチングマス
クとして中間層（４）に対してマグネトロンｌ？ＩＥ装
置等による異方性エツチングを行って窓開けを行う。

そして第１図りに示すように、これに対し”ζ後述する
各実施例に示す反応ガスを導入して、０□ガスによる異
方性エツチングを行って、下層有機レジスト層（３）の
側壁に側壁保護膜（６）を形成しながら、また０□ガス
の解離を行って０１の生成を促進しつつエツチングを行
う。

そして下層有機レジスト層（３）より成るエツチングマ
スク層を形成した後、これをエツチングマスクとして下
地材料層（２）に対する異方性エツチングを行って第１
図Ｅに示す配線パターン（７）を得ることができる。

上述の方法により、第１図りに示す下層レジスト層（３
）に対するエツチングガスとして以下の各実施例に示し
たエツチングガスを用いてエツチングを行った。

実施例１ この例ではエンチングガスとして、０□、ＮＺ、Ｎ２０
゜Ｃ１２を用いてその流量をそれぞれ０２７２ｓｃｃｍ
、　Ｎ２Ｎ２１８ｓｃ、　）＋２０１０１０５ｃ、　Ｃ
１２１０８ＳＣＣｌ１１とし、圧力ｌ　ＱｍＴｏｒｒ、
マイクロ波２５０　ｍＡ、　ＲＦバイアス電圧４００Ｗ
。

基体温度１２０°Ｃとし、ＲＦバイアス印加型のマイク
ロ波エツチング装置によってドライエンチングを行った
。

この場合、従来方法に比して約３０％以」二のエソチン
ダレ−１・の増加をはかることができた。

実施例２ この例ではエツチングガスとして、ｏ２．　Ｎ２．ｌｈ
ｏ。

Ｃ１２を用いてその流量をそれぞれ０□７２ｓｃｃｍ、
　＋１１２１８ｓｃｃｍ、　Ｎ２０　］Ｏｓｃｃｍ、　
　ＣＮｚ　８ｓｃｃｍとＵノ、圧力１０＋ｎＴｏｒｒ。

マイクロ波２５０　ｍＡ、ｔｌＦバイアス２００す、基
体温度−６０″Ｃとし、Ｉ？Ｆバイアス印加型のマイク
ロ波エツチング装置によってトライエツチングを行った
。

この場合、基体（＋）を−６０°Ｃという低温としても
、従来方法に比して約２０％以上のエラチングレー１の
増加をはかることができた。

このように、Ｎ系カス及び１１系ガス等の０２ガスの解
離を促進するガスを導入することにより、ＲＦバイアス
電圧を比較的小とするごとができるため、下層有機レジ
スト層（３）への下地材料層（２）のスパッタリングに
よる付着をより抑制することができ、レジスト除去をよ
り確実に行うことができる。

また、全体の総ガス流量に対するハロリ“ンガスの流量
比を小とするために基体温度を低温としても、上述の実
施例２に示すように０２ガスを解Ｎ１するガスとしてＮ
系ガス及び１（系ガスを混入することによってエツチン
グレートの低下を抑制するごとができる。このように低
温とする場合、０□ガスを解離するガスとしては、Ｎ系
ガス又はＨ系ガスを単独で用いる場合に比して、両Ｎ系
ガス及び１１系ガスを混入させた方がより良く０□ガス
を解離することができ、よりエツチングレートの低減化
を抑制することができる。

尚、上述の各側においては、エツチングガスとして０□
、Ｎ２．ＩＩ□Ｏ，Ｃ１２を用いた例を示したが、Ｃ１
系ガスとしてはその他１（Ｃ１、ＣＣ１４、Ｂ　Ｃ１３
等の各種Ｃｌ系ガスを用いることができ、同様にＢｒ系
ガスとしても、Ｂ　ｒ　ｚ　＋　）ｌ　Ｂ　ｒ　＋　Ｃ
Ｂ　ｒ　４＋　Ｂ　Ｂ　ｒ　３等の各種Ｂｒ系ガスを用
いることができる。

また、ＲｒＥ等の異方性エツチング装置としては、マグ
ネトロン型、マイクロ波ＥＣＲ（電子サイクロトロン共
鳴）型のエツチング装置等種々の反応性エツチング装置
を用いることができる。

尚、上述の各実施例においてハロゲン系ガスの流量比は
、側壁保護膜（６）が厚くなり過ぎるとエンチングレー
トの低下を招くため、全体の５０〜６０％程度以内であ
ればよい。

また上述の各実施例においては、０２ガスの解離を促進
するガスとして１４□、１１□０を用いたが、その他Ｎ
１１ｚ、Ｎｚ、Ｈｚ、Ｎ２０．ｌＩ２０のうら一種また
は複数種組め合わせたガス即ち例えばＮ　２／）ｌ　２
　、　Ｎ　２０／ＩＩ□、Ｎ２／＋１２０゜Ｎ２０／ｌ
ｈｏ等を用いることができる。

更に、この解離促進ガスの流量比は全体の１％程度以上
で効果があられれ、また３０％程度以上としても効果は
変わらないことから、解離促進ガスの流量比としては、
１〜３０％程度に選定することが望ましい。また０□の
解離を促進するガスとしては、上述した■系及びＩＩ系
ガフ、のいづれかと、Ｆ系ガス例えばＣＦ４．　ＳＦ６
．ＮＦ３．　　Ｃ２Ｆ６．Ｃ３ＦＩ１．ＣｌＩＦ：ｉ等
のガスとを用いてもよい。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明多層レジストトライエツチング
方法によれば、高速化をはかるためムこ高ガス圧下で０
＊ラジカルによるエツチングを主体としても、Ｃ１系ま
たはＢｒ系等のハロゲンガスを混入することにより異方
性を充分保持することができ、高速性、異方性共に良好
な多層レジストエツチング方法を得ることができる。

また本発明は、Ｎ系ガス等をハロゲン系ガスに加えて混
入することにより、０１の発生を促進することができ、
より高速化をはかることができると共に、ＲＩＥ等にお
けるバイアス電圧の低減化をはかることができ、これに
よって下地材料層（２）のスパッタリングを抑制するこ
とができるため、材料層（２）のレジスト（３）側壁へ
のスパッタリングによる付着を低減化することが可能と
なる。

従って、このような不純物の付着によるレジスト除去工
程でのレジスト残留を回避することができ、特性の低下
を回避して、歩留りの向上をはかることができる。

また更に、上述のハロゲンガスの流量を低減化するため
に基体温度を低温とした場合におい”Ｃも上述のＮ系ガ
ス及びＮ系ガス等の、０２の発生を促進するガスを混入
することによってエツチングレートの低減化を抑制する
ことができ、生産性の向上をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−Ｅは本発明多層Ｌ／シストドライエツチング
方法を示す製造工程図、第２図Ａ−Ｄは従来の多層レジ
ストドライエンチング方法を示す製造工程図である。 （１）は基体、（２）は下地材料層、（３）は下層有機
レジスト層、（４）は中間層、（５）は上層レジスト残
留、（６）は側壁保護膜、（７）は配線パターン、（２
１）及び（２３）は絶縁層、（２２）は下層配線層であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも下地材料層上に形成された下層有機レジ
   スト層を有する多層レジストの、上記下層有機レジスト
   層を選択的にエッチングするドライエッチング方法にお
   いて、 エッチングガスとして少なくともＯ＿２ガスと、Ｃｌ系
   またはＢｒ系のハロゲンガスと、上記Ｏ＿２ガスの解離
   を促進するガスとを含むガスを用いることを特徴とする
   多層レジストドライエッチング方法。 ２、上記請求項１記載の多層レジストドライエッチング
   方法において、 上記Ｏ＿２ガスの解離を促進するガスに、ＮＨ＿３、Ｎ
   ＿２、Ｈ＿２、Ｎ＿２Ｏ、Ｈ＿２Ｏのうち一種または複
   数種組み合わせたガスを用いる ことを特徴とする多層レジストドライエッチング方法。